Калькулятор разбавления концентрированного химического вещества

Результат расчёта
{$ result|myNumber:24 $} {$ main.VolumePlural(result) $} = {$ main.FormatNumber(result) $}

Разбавление раствора — это уменьшение концентрации вещества путем добавления растворителя или менее концентрированного раствора, при этом количество вещества остается неизменным. Разбавление растворов происходит постоянно, как в научных биохимических экспериментах, так и на кухне при приготовлении напитков.

Количество вещества и молярная масса

Для начала следует разобраться с такими понятиями, как моль и количества вещества. Итак, моль — это такое количество химического вещества, в котором содержится 6,022 × 1023 частиц, атомов или молекул. Значение 6,022 × 1023 — это число Авогадро, выбранное как количество атомов, которые содержатся в 12 граммах углерода-12. Следовательно, моль любого вещества — это 6,022 × 1023 его структурных единиц. Например, если говорится об одном моле простого атомарного гелия He, то имеется в виду 6,022 × 1023 атомов. Если же речь идет об одном моле соляной кислоты HCl, то подразумевается 6,022 × 1023 молекул.

Молярная масса — масса в граммах одного моля вещества. Этот параметр легко определить при помощи периодической таблицы, суммировав атомные веса элементов, составляющих молекулу. Например, один моль воды H20 весит 18 грамм, так как атомный вес кислорода составляет 16 единиц, а водорода — 1 единицу. Следовательно, по формуле H2O молярная масса выражается как 16 + 1 × 2 = 18.

Раствор и концентрация

Раствор — это однородная смесь растворенного вещества и растворителя. Раствор можно приготовить при помощи смешения жидкости и твердого вещества или жидкости и газа. В этих случаях жидкость выступает в роли растворителя, а газ или твердое тело — растворенного вещества. Если смешиваются две жидкости, то растворителем считается менее концентрированная жидкость. При этом разбавление растворов — это как раз о концентрации, но как она выражается?

Молярность или молярная концентрация — это количество вещества в молях в 1 литре раствора. Например, раствор соляной кислоты с молярностью в 2 моля записывается как 2M HCl. Это означает, что в одном литре раствора соляной кислоты содержится 2 моля вещества, а так как молярная масса хлороводорода составляет 36,46 грамм на моль, то в литре раствора содержится 36,46 × 2 = 72,92 грамма соляной кислоты.

Концентрация растворов может измеряться и по-другому. Моляльность — это количество вещества в молях в 1 килограмме растворителя. Обратите внимание на разность между молярностью и моляльностью: в первом случае измеряется количество вещества по отношению к литру раствора, во втором — к килограмму растворителя. Например, если растворить 36,46 г соляной кислоты в 1 литре этанола, то его молярность будет равна 1 моль/л. Моляльность же выражается по отношению к килограмму растворителя, в роли которого в примере выступает этанол. Масса 1 литра этанола составляет 789 грамм (0,789 кг), поэтому моляльность раствора будет равна 1 моль / 0,789 кг = 1,26 моль/кг.

Понятно, что если взять литр этанола и залить им соляную кислоту, то раствор получит меньшую молярность, так как в сумме объем раствора будет несколько больше, чем один литр. Во избежание таких ошибок требуется добавить в колбу требуемую массу вещества, и только после этого долить растворитель до заданной отметки.

Разбавление раствора

Самый банальный пример разбавления раствора — это смешение алкогольных напитков с водой, соком или содовой. Из примера видно, что разбавление растворов требуется для уменьшения их концентрации, и если при смешивании коктейлей снижается крепость «раствора», то в химии снижается молярность. Важно помнить, что количество молей растворенного вещества при этом не изменяется. Параметры раствора при разбавлении подчиняются следующему закону:

c1 × v1 = c2 × v2,

где c1 и v1 — молярная концентрация и объем раствора до разбавления, а c2 и v2 — после разбавления.

Это элементарная пропорция, при помощи которой легко регулировать желаемую концентрацию или объем разбавленного раствора. Рассмотрим подробнее.

Определение концентрации

Посчитаем молярную концентрацию раствора, полученного путем разбавления 200 мл 5М раствора до 5 литров. Для правильного расчета выразим объемы растворов в одних единицах измерения и запишем пропорцию:

5 × 200 = с2 × 5 000

Теперь достаточно выразить концентрацию c2 = (5 × 200) / 5000 = 0,2 М. Таким образом, разбавление раствора до 5 литров снизило его молярность до 0,2 молей.

Определение объема

Теперь определим, какой объем раствора необходим, чтобы концентрация 200 мл 5М снизилась до 2М. Вновь запишем пропорцию:

5 × 200 = 2 × v2

Выразим объем и получим v2 = 5 × 200 / 2 = 500 мл. Следовательно, для уменьшения концентрации раствора до 2 моль требуется увеличить объем раствора до 500 мл.

Наша программа представляет собой калькулятор, который вычисляет финальную концентрацию разбавленного вещества. В элементарной пропорции наибольшую трудность вызывает приведение единиц к одной размерности. Например, что делать, если требуется разбавить раствор молярностью 30 наномоль для получения раствора с концентрацией 5 фемтомоль? Для решения подобных задач и разработан наш калькулятор. Для решения задачи требуется ввести значения в соответствующие ячейки и выбрать единицы измерения.

Заключение

Разбавление растворов — практическая задача, которая встречается не только в химической лаборатории, но и на кухне. Для простых бытовых расчетов легко использовать пропорцию, но для более точных вычислений используйте наш онлайн-калькулятор.